Un decoder che legge il discorso nel
cervello
LORENZO L.
BORGIA
NOTE E NOTIZIE - Anno XX – 06 maggio
2023.
Testi
pubblicati sul sito www.brainmindlife.org della Società Nazionale di
Neuroscienze “Brain, Mind & Life - Italia” (BM&L-Italia). Oltre a notizie
o commenti relativi a fatti ed eventi rilevanti per la Società, la sezione
“note e notizie” presenta settimanalmente lavori neuroscientifici selezionati
fra quelli pubblicati o in corso di pubblicazione sulle maggiori riviste e il cui
argomento è oggetto di studio dei soci componenti lo staff dei recensori della Commissione
Scientifica della Società.
[Tipologia del testo: RECENSIONE]
Quando
un sogno si realizza, bisogna che qualcuno
ci mostri
e ci spieghi la sua realizzazione, perché
una
volta realizzato ogni sogno perde il suo fascino,
diventa
cosa comune e si rischia che passi inosservato.
[Gerald Edelman,
Morphology and the mind, Pisa][1]
Dopo l’illusione del secolo scorso, di una facile
decifrabilità localizzatrice dell’organizzazione della funzione verbale nel
cervello, è stato evidente che lo sviluppo dell’informazione comunicativa in
entrata e in uscita da parte delle reti cerebrali interconnesse con i circuiti
della cognizione, per essere compreso nella sua intima ratio biologica e
nei dettagli di specializzazione e sintesi, richiederà ancora un lungo percorso
di ricerca. Questo studio non è solo necessario per soddisfare la curiosità
scientifica circa le basi della facoltà della parola che rende unica la nostra
specie e che ha consentito di creare, a partire dalla codifica vocale della
comunicazione, i codici alla base di tutte quelle elaborazioni meditate e
ragionate del pensiero che hanno costituito la cultura alfabetica e tutte le
branche del sapere, ma è necessario anche per una migliore conoscenza
diagnostica dei disturbi del linguaggio e per una più efficace terapia.
Accanto allo studio tradizionale bottom-up
delle basi neurobiologiche e neurofisiologiche delle varie forme della
comunicazione verbale umana, da alcuni decenni vi è lo studio che indaga come
fenomeni discreti i processi collegati alle immagini funzionali del cervello
durante la produzione del linguaggio e, in parte, durante l’ascolto della
parola. È risultata subito evidente l’utilità della realizzazione di interfacce
cervello/computer (BCI) per la decodifica delle immagini cerebrali quali basi
lessicali e semantiche del linguaggio.
I decodificatori o decoder del linguaggio
parlato non invasivi di cui si dispone attualmente possono identificare
correttamente nel cervello stimoli provenienti da un ristretto novero di parole
o frasi. Jerry Tang e colleghi del Dipartimento di Scienza dei Computer dell’Università
del Texas ad Austin hanno sviluppato un’interfaccia cervello/computer che decodifica
il linguaggio nel suo fluire continuo, come nel discorso, da registrazioni non
invasive. Questo nuovo decoder, che ricostruisce ciò che sta dicendo una
persona mentre parla dalle rappresentazioni semantiche corticali, può avere
molte applicazioni scientifiche e pratiche.
(Tang
J. et al., Semantic reconstruction of continuous language from
non-invasive brain recordings. Nature
Neuroscience 26, 858-866,
2023 – Epub ahead of print doi: 10.1038/s41593-023-01304-9, 2023).
La provenienza
degli autori è la seguente: Department of Computer Science, University of Texas
at Austin, Austin, TX (USA).
Le BCI sono considerate strumenti di brain
reading, ossia “lettura del cervello”, e non della mente come vuole la
divulgazione, perché non leggono i contenuti del pensiero verbale così come
ciascuno di noi li concepisce nella propria lingua madre, ma rilevano, distinguono
e registrano stati di attività funzionale del cervello corrispondenti a passi
discreti di un processo, quale quello di produzione di una sequenza di parole o
di una sequenza di frasi[2].
Jerry Tang e colleghi hanno basato il loro studio e
la loro realizzazione di un decoder cerebrale non-invasivo del flusso di
linguaggio, sulla rappresentazione semantica ricavata dalle immagini della
metodica di risonanza magnetica funzionale (fMRI, da functional
magnetic resonance imaging)
del cervello attivo durante l’esecuzione individuale della lingua correntemente
parlata dai volontari. La registrazione delle rappresentazioni semantiche
corticali si è basata sulle certezze fornite dagli studi precedenti.
Vediamo come funziona questo decodificatore
semantico del flusso verbale. Data una nuova registrazione cerebrale, in una
sessione di prova in atto con i volontari, questo decoder genera sequenze
di parole intellegibili che recuperano il significato 1) del discorso
percepito; 2) del discorso immaginato; 3) perfino dei video silenti. Tale
prestazione dimostra che un singolo decoder come questo può essere
impiegato per una gamma di compiti sperimentali differenti e per studiare vari
tipi di discrepanza tra processi cerebrali e fenomenica esecutiva o recettiva.
Un
aspetto particolarmente interessante per la ricerca sulle basi neurofunzionali
del linguaggio verbale è che gli autori dello studio hanno potuto decodificare
il linguaggio continuo separatamente da differenti regioni del cervello; fatto
che conferma l’elaborazione in parallelo dello stesso messaggio per tutti gli
usi cognitivi.
Un
aspetto rilevante in termini medico-legali e bioetici, ma che a noi può
apparire solo come una curiosità, è che il dispositivo di decodifica, per essere
brevettato e impiegato, deve rispettare la privacy mentale; Jerry Tang e
colleghi, per verificare la presenza di questo requisito, hanno condotto
specifici esperimenti. In particolare, i ricercatori hanno verificato se una
decodifica efficace si può avere a dispetto della volontà del soggetto di consentire
la lettura nella sua mente di cosa pensa di dire o di cosa stia elaborando come
pensiero verbale in silenzio.
Ebbene,
gli esperimenti di verifica circa il ruolo della cooperazione del soggetto per
una efficace decodifica cerebrale del flusso semantico, hanno dimostrato che la
cooperazione della persona sottoposta a lettura degli stati funzionali
associati al linguaggio è indispensabile sia nella fase di training del
decoder sia nella fase di applicazione per l’uso.
In
conclusione, questo studio dimostra l’utilizzabilità, l’utilità e l’efficacia di
una nuova interfaccia cervello/computer per decodificare il discorso, che sicuramente
troverà ampia applicazione.
L’autore della nota ringrazia la dottoressa Isabella Floriani per la correzione della bozza e
invita alla lettura delle recensioni di argomento connesso che appaiono nella sezione “NOTE E NOTIZIE” del
sito (utilizzare il motore interno nella pagina “CERCA”).
Lorenzo L.
Borgia
BM&L-06 maggio 2023
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è registrata presso l’Agenzia delle Entrate di Firenze, Ufficio Firenze 1, in data
16 gennaio 2003 con codice fiscale 94098840484, come organizzazione scientifica
e culturale non-profit.
[1] L’esergo è tratto dal corso Morphology and the mind tenuto dal Premio
Nobel Gerald Maurice Edelman presso la Scuola Normale Superiore di Pisa e si
riferisce alla realizzazione di automi con cervello artificiale in grado di
evolvere per autoselezione come i “Darwin I-IV” e “Nomad”,
che aveva una vera e propria struttura robotica.
[2] Questione differente da quella
della decodifica del codice neurale ossia del codice neurobiologico
intrinseco di comunicazione dell’informazione all’interno del cervello; un
livello che costituisce un’importante branca di indagine neuroscientifica che seguiamo
con assidua attenzione.